Khác với anten băng rộng, anten đabăng đã được thiết kế cho tốc độ truyền dẫn tốc độ cao và các dịch vụđa băng có yêu cầu dung lượng lớn.Anten Yagi-Uda là một trong những loại anten phổ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Hà Nội, tháng 02 năm 2023
Trang 2Lời mở đầu
Với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống thông tin vô tuyến, nhucầu ngày càng tăng đối với các ăng-ten tích hợp nhiều hệ thống thôngtin vào một môđun nhỏ gọn Các ứng dụng vô tuyến như điện thoại diđộng 2G / 3G /4G, Hệ thống Định vị Toàn cầu(GPS), Mạng cục bộ vôtuyến( WLAN), Bluetooth đã được phát triển với tốc độ nhanh trongthập kỷ qua Có nhiều sự phát triển thiết kế ăng ten đa băng tần và cáckỹ thuật khác nhau đã được đề xuất để tạo ra các đặc điểm đa băng tầncủa các ăng ten Trong một số nghiên cứu, người ta đã báo cáo cácứng dụng và công nghệ của thiết kế của ăng-ten đa băng tần, bao gồmăng-ten của máy cầm tay bốn băng tần có kích thước nhỏ gọn , antenđảo ngược lớp F phẳng, anten ba băng thông qua băng thông siêu rộngvới cấu trúc tấm phẳng đơn giản Khác với anten băng rộng, anten đabăng đã được thiết kế cho tốc độ truyền dẫn tốc độ cao và các dịch vụđa băng có yêu cầu dung lượng lớn.
Anten Yagi-Uda là một trong những loại anten phổ biến và đượcsử dụng rộng rãi trong các ứng dụng về truồng, tổng đài và viễn thông.Nó được phát minh bởi Hidetsugu Yagi và Shintaro Uda tại Nhật Bảnvào năm 1926 và từ đó trở thành một trong những loại anten quantrọng nhất trong lịch sử viễn thông Nó được biết đến như một antenđịnh hướng cao được sử dụng trong truyền thông không dây Loạianten này thường được sử dụng cho mô hình điểm – điểm và đôi khicũng dùng trong mô hình điểm – đa điểm Anten Yagi-Uda được xâydựng bằng cách hình thành một chuỗi tuyến tính các anten dipole songsong nhau Trong bài báo cáo này, chúng tôi sẽ tìm hiểu về cấu trúc,hoạt động, các điểm ưu việt và thiết kế mô phỏng một anten Yagi-Uda.
Trang 3I Cơ sơ lý thuyết
Cơ sở lý thuyết của anten Yagi-Uda là sự tăng cường điều hướngcủa điện từ qua việc sử dụng một số lượng các element (cọc, tầng, đầuphát) thiết kế chính xác với khoảng cách giữa các element này.Element đầu phát (driven element) là element chính của anten và cácelement khác (director, reflector) được sử dụng để tăng cường sức tảiđiện từ và tăng cường hướng của sóng.
1 Cấu trúc anten Yagi – Uda
Hình 1 Mô hình anten Yagi – UdaCấu tạo: gồm 3 phần
- Phần tử phản xạ: Ipx > λ2 ( 1 hay nhiều chấn tử, có thể là 1 mặt)- Phần tử nguồn: 1chấn tử cộng hưởng Inguồn hay Icđ, Ich có độ dài xấp xỉ
2 (zOA = 75Ω nên dung chấn tử đơn)
- Phần tử phản xạ: 1 hoặc nhiều chấn tử Idx < λ2 được sắp xếp trênđường thẳng sao cho dẫn tử trước là phản xạ của chấn tử sau, chấn tửsau là dẫn xạ của chấn tử trước.
Trang 4- Chấn tử chủ động được nối với máy phát cao tần Dưới tác dụng củatrường bức xạ tạo bởi A, trong P và D sẽ xuất hiện dòng cảm ứng vàcác chấn tử này sẽ bức xạ thứ cấp
- Nếu chọn được chiều dài của P và khoảng các từ A đến P một cáchthích hợp thì P sẽ trở thành chấn tử phản xạ của A Khi ấy, năng lượngbức xạ của cặp A P sẽ giảm yếu về phía chân tử phản xạ (hướng -z) vàđược tăng cường theo hướng ngược lại ( hướng +z)
- Tương tự nếu chọn được độ dài của D và khoảng cách từ D đến A mộtcách thích hợp thì D sẽ trở thành chấn tử dẫn xạ của A Khi ấy, nănglượng bức xạ của hệ A D sẽ được tập trung về phía chấn tử dẫn xạ vàgiảm yếu theo hướng ngược ( hướng z)
Kết quả là năng lượng bức xạ của cả hệ sẽ được tập trung về mộtphía hình thành một kênh dẫn song dọc theo trục của Anten,hướng từ chấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ
- Anten hướng từ chấn tử phản xạ về phía chấn tử dẫn xạ Theo lýthuyết chấn tử ghép, dòng điện trong chấn tử chủ động (I1) và dòngđiện trong chấn tử thụ động (I2) có quan hệ dòng với nhau bởi biểuthức:
I2I1 = aetφ
+ X122×R222
)φ=π +arctg(X12
R )−arctg(X22
R )
Trang 5Bằng cách thay đổi độ dài của chấn tử thụ động, có thể biến đổi độlớn và dấu hiệu kháng riêng X22, do đó sẽ biến đổi ngược a và iφ
3 Ưu điểm và nhược điểm của anten Yagi
4 Mạng tiếp điện và phối hợp trở kháng
- Anten chúng ta cần thiết kế có Zv=75Ω Đối với anten YAGI việcphân phối trở kháng điện trở phụ thuộc trực tiếp vào chấn tử phát xạ(chấn tử chủ động) do chấn tử này được kết nối trực tiếp với nguồn,các chấn tử còn lại đều là các chấn tử thụ động Để thuận lợi trongtrường hợp này ta chọn cách phối hợp anten chữ U.
Trang 6Điểm O nằm trên mặt đẳng thế của vỏ cáp: Z10 = Z20 = z'2 = 752
Mặt khác: lc−2
λ4Zt=Z20 => Zv(c−2) = zod
Có phối hợp trở kháng Phối hợp trở kháng cho anten chữ U
- Bộ biến đổ đối xứng hình cốc
Sơ đồ dưới là sơ đồ bộ biến đổi dối xứng kiểu cốc λ4 Trong trườnghợp này, cáp tiếp điện được đặt vào cốc kim loại và vỏ cáp được nốivới cốc tại chỗ cáp xuyên qua đáy cốc Với kết cấu như trên ta sẽ nhậnđược một đoạn cáp đồng trục tiếp điện Đoạn cáp đồng trục này bịngắn mạch một đầu tại đáy cốc Nếu độ dài của cốc là λ4 thì trở khángvào của cáp đồng trục mới sẽ là ∞ Do đó dòng chảy ra ngoài của cáptiếp điện sẽ bằng 0 Bộ biến đổ đối xứng dùng cốc như trên có dải tần
Trang 7công tác hẹp vì khi bước sóng thay đổi, độ dài sẽ khác 14 bước sóng,do đó sẽ xuất hiện dòng chảy ra mặt ngoài và ảnh hưởng đến tiếp điệnđối xứng cho chấn tử.
Hình 3: Sơ đồ bộ biến đổi đối xứng kiểu cốc λ4
II Thiết kế anten
Yêu cầu thiết kế: thiết kế anten Yagi – Uda ứng dụng trong thu sóng chotruyền hình số mặt đất DVB – T2.
Tần số làm việc: UHF 469 MHz - 858 MHzĐộ lợi sóng: 8 – 16 dB
Trang 8o Pha yêu cầu trong thanh dẫn xạ (chậm pha so với dòng trongchấn tử chủ động) cũng được đảm bảo bằng cách chọn độ dàicủa nó, thông thường độ dài thanh dẫn xạ của chấn tử chủ động
Trang 9và bằng (0.32 – 0.38)λ Khoảng cách giữa chấn tử chủ động vớithanh dẫn xạ đầu tiên cũng như giữa các thanh dẫn xạ với nhauđược chọn trong giới hạn (0.1 – 0.35)λ
o Với yêu cầu như trên, ta chọn độ dài và khoảng cách của cácchấn tử như sau:
Chiều dài của chấn tử phát xạ:
2 lphátxạ=λ2 = 0.452 = 0.225 (m) Chiều dài của chấn tử phản xạ:
2 Đặc trưng phương hướng
Đặc trưng phương hướng của anten Yagi-Uda có thể điều chỉnh bằngcách thay đổi kích thước của phần tử hoặc khoảng cách giữa các phầntử Ví dụ, nếu chúng ta muốn tập trung phát sóng điện tử theo mộthướng nào đó, thì chúng ta có thể thay đổi kích thước hoặc khoảngcách của các director element để tạo ra đặc trưng theo hướng mongmuốn.
Trang 10Anten Yagi-Uda có thể được sử dụng để gửi hoặc nhận sóng điện từvà được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như truyền tín hiệumạng, truyền hình hoặc viễn thông di động Nó vẫn có thể được sửdụng trong các ứng dụng khác như đo lường sóng vô tuyến hoặc pháthiện vũ trụ.
III.Mô phỏngIV.Kết luận
Qua kết quả mô phỏng đạt được ta thấy rằng Anten là một hệ thốngphức tạp, khi thay đổi một vài thông số kỹ thuật trong khi thiết kế thìsẽ dẫn đến chất lượng ảnh của Anten Chẳng hạn như, khi tăng khoảngcách giữa các chấn tử lớn dần hoặc chọn số thanh dẫn xạ nhiều quá,thì sự bức xạ hướng tính của Anten càng tăng, đồng thời số bức xạphụ tăng lên, làm cho tín hiệu thu không được tốt hoặc rất khó thu.Nếu muốn thu được tín hiệu truyền hình tốt thì ta phải điều chỉnhAnten thu hướng một cách chính xác về hướng Anten phát của đài cầnthu Vì vậy cần phải điều chỉnh các thông số trên sao cho phù hợp đểcó được sự bức xạ tốt nhất, số bức xạ phụ nhỏ thì Anten thu sẽ thuđược tín hiệu tốt mà không gặp phải khó khăn trong việc điều chỉnhhướng của Anten thu theo một hướng chính xác về phía Anten phát vìkhi đó độ rộng bức xạ chính là lớn.
Bên cạnh đỏ, sử dụng các phương pháp tiếp điện để phối hợp trởkháng cũng là vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng thu củaAnten Ngoài ra trên Anten đã được thiết kế, ta có thể mở rộng dải tầnđể thu được nhiều kênh hơn bằng cách ghép song song các chấn từdẫn xạ và dùng chấn tử vòng để cấp điện cho Anten.
Trang 11Nhóm chúng em xin chân thành cám ơn thầy đã hướng dẫn chúngem trong quá trình làm bài lớn này.
Chúng em xin chúc thầy và gia đình mạnh khỏe!!